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基于DSP的TETRA话音编码设计方案
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2017-10-23
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1 引 言
TETRA是ETSI制定的一种全新的数字集群系统，他可以提供语音和快速数据传输业务。TETRA集成了移动数据终端、PMR调度电话、蜂窝电话和寻呼机的功能，并且可以直接传送Internet协议报文，支持可视电话功能，而语音又是最主要的业务。无线系统中，带宽是影响语音服务质量最关键的因素，为降低语音传输所要求的带宽，TETRA系统采用代数码激励线性预测编码（ACELP）压缩算法，保证了高质量的语音服务，其编码速率为4．567 kb／s。
ACELP是一种改进型的CELP，继承了传统CELP的主要优点，并克服了其缺点。传统CELP用固定的随机码本来逼近语音信号的余量信号，缺乏灵活性，不能很好地控制码本的频域特性。ACELP采用代数码本结构，不仅降低了码本的存储量和搜索量，还提供了频域控制函数，从而增强了码字的灵活性和多样性，能更好地逼近余量信号，具体算法可参见TETRA标准ETS395-2。
2 系统设计
针对TETRA的话音编码算法实时要求高，运算量 大，核心处理器采用了TI公司的TMS320系列的5409芯片，该芯片主要特点有：速度快，处理能力可达到100 MI／s；低功耗，3 V电压供电，内核电压1．8 V；提供32 kBRAM，16 kBROM；3个多通道自动缓冲串口（McBsp）。
A／D转换芯片采用TI公司的AIC20芯片，完成模拟话音与数字话音的转换工作。由于采用了过采样技术，AIC20可提供高分辨率的A／D，D／A 转换；3 V供电，功耗低于30 mW；具有软件可编程寄存器，配置方便，不改变硬件威廉希尔官方网站 ，仅改写软件就可满足多种需求。
存储芯片选用Atmel公司的AT49LV001，用于存储程序，DSP加电便可从Flash中引导程序运行。AT49LV001读写电压均为3 V，可大大简化电源设计，存储空间为128 kB，足以存储TETRA的话音编码算法。
2．1 硬件设计
2．1．1 时钟威廉希尔官方网站 设计
这里为5409提供2种时钟威廉希尔官方网站 设计方法：
（1）将晶振产生的外部时钟源直接输入到X2／CLKIN引脚，X1悬空。
（2）利用5409内部提供的锁相环（PLL）时钟产生威廉希尔官方网站 将内部时钟倍频或分频得到。
在此采用第二种方法，如图1所示。在X1和X2/CLKIN之间接一个16．384 MHz的晶振，同时将CLKMD1，CLKMD2，CLKMD3通过上拉电阻设置为逻辑0，1，0，即倍频数为5，DSP工作在80 MHz，若需改变DSP的工作频率，可通过软件修改地址0x58的CLKMD寄存器的值设置倍频数。
2．1．2 DSP与Codec接口设计
5409与AIC20接口如图2所示，由DSP的CLKOUT提供MCLK，Codec工作在主模式，SCLK和FS为输出，为DSP提供BCLK和 BFS。值得注意的是，由于AIC20有2个采样通道，在与DSP串口连接时，为配合codec的时序，DSP串口需配置成接收2个通道的采样值（即32 b），但只取一个通道的采样值；串口发送时，也要向2个通道发送数据。McBsp中的部分控制比特位配置如下：
TETRA是ETSI制定的一种全新的数字集群系统，他可以提供语音和快速数据传输业务。TETRA集成了移动数据终端、PMR调度电话、蜂窝电话和寻呼机的功能，并且可以直接传送Internet协议报文，支持可视电话功能，而语音又是最主要的业务。无线系统中，带宽是影响语音服务质量最关键的因素，为降低语音传输所要求的带宽，TETRA系统采用代数码激励线性预测编码（ACELP）压缩算法，保证了高质量的语音服务，其编码速率为4．567 kb／s。
ACELP是一种改进型的CELP，继承了传统CELP的主要优点，并克服了其缺点。传统CELP用固定的随机码本来逼近语音信号的余量信号，缺乏灵活性，不能很好地控制码本的频域特性。ACELP采用代数码本结构，不仅降低了码本的存储量和搜索量，还提供了频域控制函数，从而增强了码字的灵活性和多样性，能更好地逼近余量信号，具体算法可参见TETRA标准ETS395-2。
2 系统设计
针对TETRA的话音编码算法实时要求高，运算量 大，核心处理器采用了TI公司的TMS320系列的5409芯片，该芯片主要特点有：速度快，处理能力可达到100 MI／s；低功耗，3 V电压供电，内核电压1．8 V；提供32 kBRAM，16 kBROM；3个多通道自动缓冲串口（McBsp）。
A／D转换芯片采用TI公司的AIC20芯片，完成模拟话音与数字话音的转换工作。由于采用了过采样技术，AIC20可提供高分辨率的A／D，D／A 转换；3 V供电，功耗低于30 mW；具有软件可编程寄存器，配置方便，不改变硬件威廉希尔官方网站 ，仅改写软件就可满足多种需求。
存储芯片选用Atmel公司的AT49LV001，用于存储程序，DSP加电便可从Flash中引导程序运行。AT49LV001读写电压均为3 V，可大大简化电源设计，存储空间为128 kB，足以存储TETRA的话音编码算法。
2．1 硬件设计
2．1．1 时钟威廉希尔官方网站 设计
这里为5409提供2种时钟威廉希尔官方网站 设计方法：
（1）将晶振产生的外部时钟源直接输入到X2／CLKIN引脚，X1悬空。
（2）利用5409内部提供的锁相环（PLL）时钟产生威廉希尔官方网站 将内部时钟倍频或分频得到。
在此采用第二种方法，如图1所示。在X1和X2/CLKIN之间接一个16．384 MHz的晶振，同时将CLKMD1，CLKMD2，CLKMD3通过上拉电阻设置为逻辑0，1，0，即倍频数为5，DSP工作在80 MHz，若需改变DSP的工作频率，可通过软件修改地址0x58的CLKMD寄存器的值设置倍频数。
2．1．2 DSP与Codec接口设计
5409与AIC20接口如图2所示，由DSP的CLKOUT提供MCLK，Codec工作在主模式，SCLK和FS为输出，为DSP提供BCLK和 BFS。值得注意的是，由于AIC20有2个采样通道，在与DSP串口连接时，为配合codec的时序，DSP串口需配置成接收2个通道的采样值（即32 b），但只取一个通道的采样值；串口发送时，也要向2个通道发送数据。McBsp中的部分控制比特位配置如下：
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